某住院楼加层改造的检测鉴定及加固

王捷平

（中山市建设工程质量检测中心有限公司 广东中山528400）

0 前言

建筑业作为我国国民经济的支柱产业，自20世纪80、90年代以来，诸如砖混结构、框架结构、剪力墙结构、框筒结构等各种结构类型的建筑物大量兴建。目前我国仍处于城镇化快速发展时期，随着人口快速向中心城市、发达地区大中城市转移，在城市建设用地日益紧张的情况下，提高土地房屋的利用效率显得尤为迫切。特别是部分企事业单位急需增加建筑用房但又受用地面积限制，故加层改造成为解决用房需求的一个途径。随着建筑工程加固技术的不断发展和加固材料的推陈出新，使得通过对既有建筑的检测鉴定进而实现加层加固成为容易实现的事情。建筑结构检测和鉴定作为加固改造前的必需环节，作用重大，本文结合实际工程实例，着重介绍加层改造工程的结构检测鉴定的程序、方法和技术要点。

1 工程概况

某医院分院是一所集医疗、预防保健、康复、社区卫生服务机构及教学科研等功能为一体的非盈利性综合公立医院，该院的住院大楼建成时间为20世纪90年代初，为框架结构，地上共4层，无地下室。由于现住院楼的病房已不能满足需要，为解决部分医疗机构医疗用地和业务用房严重不足的问题[1]，业主方要求在保持建筑物现有布局不影响原有结构正常使用的前提下扩建增加一层，同时增加一部电梯，新增面积1 320 m2。原有建筑结构平面示意图如图1所示。该建筑抗震设防烈度为7度，基本地震加速度为0.10g，乙类建筑，框架抗震等级为三级，后续使用年限为40年。

图1 结构平面示意图Fig.1 Structure Plane Sketch Map

2 现场检测监测与评定

2.1 初步调查，查阅图纸资料，考察现场，检测试验方案制定

翻阅原设计竣工图纸，对照现场察看，现有主体结构完好，填充墙未见裂缝，未见钢筋锈蚀和混凝土酥裂剥落，建筑物维护良好。对于检测，业主方的指导思想是，一是尽可能降低检测对建筑物使用的影响，二是尽可能既减少检测量和检测费用，又能满足鉴定和加固需要。起初原设计单位建议对首层～4层的框架柱的现龄期混凝土强度进行普查性检测，对柱纵筋配置进行针对性检测。经初步估算，共需检测132根框架柱，此方案的检测费用太高，超出业主方承受范围。由于图纸档案资料较齐全，我方要求业主委托原设计单位提前介入加层的初步设计复核，根据设计方提供的计算复核资料，首层现有大部分框架柱轴压比满足加层后的计算要求，部分柱纵筋略显不足，但在概率极限状态设计合理允许范围内。经各方协商，同时满足设计方建议和现场条件允许，按照国家现行相关检测标准的要求及现场检测条件抽检一定数量的混凝土框架柱构件。首层～4层的框架柱混凝土抗压强度和柱纵筋直径箍筋间距为主要检测项目，其中首层、2层框架柱为重点检测部位，3层、4层框架柱为一般检测部位。鉴于加层不影响现有楼面的承载，仅按B检测类别确定框架梁和板构件的抽检检测。[2]由于图纸资料完整，对构件的几何尺寸仅进行现场抽样复核。

2.2 结构使用条件调查和构件截面尺寸检测

对照原始建筑设计图纸，现场摸清该建筑的实际作用分布，重点对该楼各楼层进行使用功能的调查，使用功能和结构布置基本与原设计保持一致，未出现超出设计使用荷载的情况。考虑到工程为加层改造，着重对各层竖向受力构件的截面尺寸进行抽样检测，注重抽取中部轴压比较大的框架柱，水平构件按B类检测类别进行抽样检测，检测结果显示大部分实测值与设计值的偏差在《混凝土结构工程施工质量验收规范：GB 50204-2015》的允许偏差范围内，但构件的尺寸偏差最大值未超过偏差允许值的1.5倍。

2.3 建筑物倾斜观测、地基基础部分的检查评定

根据业主方留存提供的工程地质勘察报告和建筑沉降观测资料，资料显示沉降差小于现行设计规范允许值，检查上部结构时未发现沉降裂缝，室外地坪无下沉现象且与主体结构墙体交接部位无脱开，各层填充墙完好，上部承重构件未发现有损坏反应。现场采用全站仪投点法对房屋四周外墙竖向角线进行观测，观测结果显示，该建筑物整体倾斜率很小，无明显规律性，最大倾斜率点位在西南角偏北向，倾斜率达到0.86‰，建筑物倾斜观测结果如表1所示。

表1 建筑物倾斜观测结果Tab.1 Building Inclined Observing Result

根据《建筑地基基础设计规范：GB 50007-2011》规定，多层建筑物的整体倾斜允许值为4‰，满足要求可推断基础工作正常。综上，根据《民用建筑可靠性鉴定标准：GB 50292-2015》[3]规定，该建筑地基基础安全性按变形观测资料及上部结构反应的结果，可评定为Bu级。

2.4 混凝土结构抗压强度检测

由于该建筑结构龄期已大大超过1 000 d，现场采用直观可信度高的钻芯法进行混凝土构件的抗压强度检测，钻芯前，选择避开框架柱箍筋加密区部位，对构件损伤小。事先用钢筋探测仪扫描钢筋的位置，避免钻芯过程中损伤钢筋，以便保证钻芯取样的顺利进行。按相应检测类别和样本容量，整楼共抽检65根框架柱，110根框架梁、50个板类构件，结果显示，框架柱的混凝土抗压强度值在26.6～41.8 MPa之间，框架梁的混凝土抗压强度值在22.3～37.6 MPa之间，楼板的混凝土抗压强度值在20.9～36.8 MPa之间，芯样及实验照片如图2所示。根据《钻芯法检测混凝土强度技术规程》计算强度，推定区间的上限值和下限值，确定各检测批的混凝土抗压强度推定值时，可剔除芯样抗压强度样本中的异常值。

图2 芯样及试验照片Fig.2 Core Sample and Test Photo

2.5 钢筋配置及保护层厚度的现场检测复核

混凝土结构中的钢筋检测主要通过钢筋探测仪结合剔凿验证进行，主要抽检框架柱、框架梁的主筋数量和钢筋直径、楼板的受力钢筋直径和间距。检测结果表明，绝大部分框架柱、框架梁的主筋数量及直径与原设计相符，大部分梁柱箍筋和板钢筋的平均间距基本符合原设计要求。现场抽检梁类构件、板类构件的受力钢筋保护层厚度，大部分符合混凝土结构工程施工质量验收规范的要求，显示整体施工质量较好。

3 安全性鉴定和抗震鉴定分析

3.1 地基基础安全性和抗震鉴定

根据建筑物沉降观测资料和倾斜观测结果，不均匀沉降未超过《建筑地基基础设计规范》规定的允许沉降差，且连续两个月的地基沉降量小于每月2 mm，地基基础的评级为Bu级。上部结构无明显不均匀沉降，房屋外墙和上部结构构件未发现结构裂缝，可评为无严重静载缺陷，根据《建筑抗震鉴定标准：GB 50023-2009》[4]，对7度时乙类建筑可不进行其地基基础的抗震鉴定。

3.2 结构安全性等级评定

通过对上部结构的检测数据进行分析评估，按照文献[3]对该建筑的上部承重结构进行安全性鉴定。经承载力验算结果显示，部分框架柱在地震作用效应组合下轴压比超过结构设计规范限值，不满足承载力要求，部分框架柱构件的安全性等级为Cu级。绝大部分框架梁和板类构件经验算安全性等级为Bu级，本鉴定单元安全性鉴定评定，地基基础子单元安全性等级为Bu级，上部承重结构子单元安全性等级为Cu级，故鉴定单元安全性等级评定为Csu级，即显著影响整体承载，应采取处理措施且可能有极少数构件须及时采取措施。[5]

3.3 抗震措施鉴定

本建筑建于20世纪90年代，后续使用年限按40年，根据文献[4]，按B类建筑进行抗震鉴定。该建筑抗震设防类别为乙类，应按比本地区设防烈度提高一度的要求核查其抗震措施。主要检查结构体系、结构布置、主要受力构件的混凝土强度、现有框架梁柱的配筋与构造、砌体填充墙与框架的的连接构造等。经核查，该建筑的抗震措施不满足标准要求的主要有以下方面：①部分框架梁净跨度与截面高宽之比小于4；②个别框架梁与柱的中线不重合；③个别框架柱箍筋加密区肢距大于200 mm；④个别框架梁加密区箍筋最大间距大于100 mm。

3.4 抗震承载力验算

根据现行《建筑抗震设计规范》的方法进行抗震分析，并按文献[4]的规定进行构件承载力验算，由于本建筑属于乙类框架，故应进行变形验算。永久荷载和可变荷载按照现行《建筑结构荷载规范》取值，混凝土强度等级按现场实际数据考虑，采用国内知名结构设计软件“鉴定加固模块”，按实际加建情况建立计算模型，进行抗震承载力验算。[6]

3.5 结构抗震计算结果分析

⑴在地震作用效应和其他荷载组合的内力作用下，部分框架柱的轴压比超出规范限值；

⑵部分框架柱、个别框架梁构件实际配筋不满足验算结果，后续应采取措施对建筑进行加固；

⑶地震作用下位移结果

在多遇地震作用下，X方向最大层间位移角为1/893，Y方向最大层间位移角为1/658，均小于《建筑抗震设计规范》规定的弹性层间位移角限值1/550。在偶然偏心地震作用规定水平力下的位移比均小于1.2。

4 加固处理方案

依据安全性及抗震鉴定结果，提出如下加固处理方案：

⑴针对结构抗震验算不满足的框架柱共9根柱，考虑到加固后的美观性，建议不采用增大截面加固法而采用外粘角钢加固法[7]，角钢与外围钢缀板焊接，整个钢构套与柱混凝土之间灌注胶粘剂粘贴。柱加固设计如图3所示。

图3 柱加固示意图Fig.3 Column Reinforcement Diagram

⑵对结构抗震验算不满足的框架梁，采用粘贴钢板加固法，加固时采取措施卸除大部分活荷载。梁加固设计如图4所示。

图4 梁加固示意图Fig.4 Beam Reinforcement Diagram

经多方沟通协商及查阅原地质勘察资料，经原设计单位复核确认，原桩基础承载力富余量足够，此次加层扩建的建筑基础不作处理。后期的实际情况表明，采取先加固后加层的施工程序是稳妥可靠的。

5 结语

建筑物改造或扩建前，应按有关规定程序进行鉴定。鉴定前应先对建筑物使用条件和结构现状进行调查与现场检测，原则上检测需根据建筑结构鉴定的需要合理确定检测项目和检测方案。做好结构体系基本情况勘查、结构使用条件的调查，对混凝土结构进行必要的检测和材料强度试验，以及对结构位移和倾斜进行观测，详细真实记录有关数据、综合分析，工作深度应能满足结构可靠性鉴定及相关工作的需要。混凝土结构经安全性鉴定确认需要加固时，应根据鉴定结论和委托方要求，按现行有关规范进行相应加固设计和施工。只有对涉及结构性能的现状、结构构件材料强度及结构变形等项目进行全面、准确的检测，才能全面了解现有建筑结构的可靠性等实际情况，为鉴定提供可靠和有效的依据，进而提出合理有效的加固设计方案。目前该建筑的加层加固施工已完成并经合格验收投入使用，取得了良好效果，得到了有关方面的好评。